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空间X射线反射式聚焦系统的同步辐射表征技术

田纳玺, 谢佳男, 蒋晖, 杨宇

航空学报 2023, 44 (3): 527386-527386. DOI: 10.7527/S1000-6893.2022.27386

摘要（1507）

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针对脉冲星观测与计时导航等领域对空间X射线望远镜测试与标定的迫切需求，综述了目前国内外基于同步辐射和X射线自由电子激光光源发展的多种高精度的反射式聚焦系统的面形检测、系统标定和反射率计量测量技术。着重介绍了细光束、哈特曼波前传感器、光栅干涉、近场散斑等面形测试方法在不同尺度和面形的反射镜在线测量中的应用，阐明了其在工程应用中的优劣。介绍了同步辐射装置在空间X射线望远镜的在线成像和校准以及反射率计量上已开展的卓有成效工作。期望通过相关综述介绍，可以推广空间X射线望远镜反射元件广泛利用同步辐射等大科学装置进行性能表征实验，以此促进相关领域的进一步发展。国内同步辐射大科学装置的建立和蓬勃发展为大尺度空间X射线望远镜的在线检测、校准和光学性能表征提供了重要支撑。

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图17 X射线望远镜装置以及在线调节^［74］

正文中引用本图/表的段落

类似的工作也在日本的同步辐射光源进行。日本X射线空间卫星ASTRO-H具有4个X射线望远镜系统，包含2个软X射线（0.3~5 keV）和2个硬X射线（5~80 keV）成像望远镜［74］。其中硬X射线成像望远镜采用紧密嵌套的圆锥薄箔构成Wolter-Ⅰ系统，反射表面镀制Pt/C梯度多层膜。为获得更好的成像结果，需要通过压电电机驱动松紧轴向的螺丝来精确调节支撑薄箔的定位杆的位置以获得完美的圆度。相关的校准实验在日本SPring-8同步辐射光源的BL20B2线站进行。图17（a）展示了对准实验前后X射线成像的优化情况，因定位杆位置失配（图17（b））产生的成像误差被显著改善。

散斑扫描技术具有单纳弧度的超高角度灵敏度.由于用作散射体的材料可以是常见的砂纸，成本远低于制作昂贵的光栅，近年来在波前和面形检测领域得到了飞速的发展.近场散斑技术对光源相干性和通量要求不高，也可以应用于实验室光源中［71-72］.基于近场散斑的检测技术虽然还未有在空间X射线望远镜领域应用的先例，但是无论从装置建立还是考虑测试速度和精度，都具备大尺度反射镜或光学系统表征的潜力. ...

Speckle-based X-ray phase-contrast and dark-field imaging with a laboratory source

2014

... 散斑扫描技术具有单纳弧度的超高角度灵敏度.由于用作散射体的材料可以是常见的砂纸，成本远低于制作昂贵的光栅，近年来在波前和面形检测领域得到了飞速的发展.近场散斑技术对光源相干性和通量要求不高，也可以应用于实验室光源中［71-72］.基于近场散斑的检测技术虽然还未有在空间X射线望远镜领域应用的先例，但是无论从装置建立还是考虑测试速度和精度，都具备大尺度反射镜或光学系统表征的潜力. ...

From synchrotron radiation to lab source： Advanced speckle-based X-ray imaging using abrasive paper

2016

A quarter-century of metrology using synchrotron radiation by PTB in Berlin

2009

... 对于空间X射线望远镜而言，光学元件往往以系统的形式出现.在这种情况下，仅仅对于单一反射镜进行面形测试显得并不充分.由于系统校准需要高强度的准直X射线光束，这使得利用同步辐射光源进行望远镜整体系统的性能测试和校准实现就显得非常必要.早在20世纪90年代初，德国PTB实验室基于BESSY同步辐射的校准源装置就被成功运用于太阳能子午观测站（SOHO）的设备校准［9］.从1994年至今，PTB实验室发展了包括光子成像、极紫外成像、广角成像、自动准直能谱、X射线光度计等一系列的装置，服务于SOHO、Chandra、PROBA-Ⅱ、CORONAS等一系列欧洲和北美的重大空间科学任务［73］. ...

ASTRO-H Hard X-ray Telescope （HXT）

2014

... 类似的工作也在日本的同步辐射光源进行.日本X射线空间卫星ASTRO-H具有4个X射线望远镜系统，包含2个软X射线（0.3~5 keV）和2个硬X射线（5~80 keV）成像望远镜［74］.其中硬X射线成像望远镜采用紧密嵌套的圆锥薄箔构成Wolter-Ⅰ系统，反射表面镀制Pt/C梯度多层膜.为获得更好的成像结果，需要通过压电电机驱动松紧轴向的螺丝来精确调节支撑薄箔的定位杆的位置以获得完美的圆度.相关的校准实验在日本SPring-8同步辐射光源的BL20B2线站进行.图17（a）展示了对准实验前后X射线成像的优化情况，因定位杆位置失配（图17（b））产生的成像误差被显著改善. ...

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